假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?

內涵督察小組


在愛因斯坦的相對論沒有出來之前,這個問題毫無疑問誰都知道就是過了兩個小時而已,即使到現在為止牛頓的絕對時空觀也是深入人心的。

但現在我們知道了時間是相對的,無論是物體的運動速度還是引力的大小都可以影響時間的流逝速度。而對於這個問題要用狹義相對論的時間膨脹膨脹效應來解釋。首選來說有靜止質量的物質達不到光速,那就假設離開地球的這個人是無限接近於光速的,雖然技術上達不到但是理論上可行。

假設這往返兩個小時的時間指的是地球上的時間

在這種情況下一個人以無限接近於光速的速度離開地球,之後返回地球,一共用了地球上的兩個小時的時間。那麼地球上就是過了兩個小時而已,而這個人由於以接近光速的速度離開的,所以時間流逝速度極慢,對於他自己來說可能就經過了0.0000000~00001秒。


假設這往返兩個小時的時間指的是這個接近光速飛行的人的時間

根據狹義相對論我們知道運動速度影響了本身的時間流逝速度,也就是這個接近光速飛行的人的時間流逝是極其緩慢的,趨近於停止了。如果按照他自己的時間過了兩個小時,那麼地球上可能經過了兩千年、兩萬年、兩億年早都是滄海桑田了。


時間是相對的總是給人感覺很奇妙荒誕的感覺,但事實即是如此。現在對於好多人來說思維中的時間就是絕對的,當然這在日常生活中並無影響。但是當速度接近光速的時候,或者處在引力更大的地方,影響會更加明顯的,那個時候就忽略不了了。


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科學黑洞



這個問題有點意思。雖然說任何具有靜止質量的物體速度都不可能達到光速,但假如題主就是以光速離開地球,一小時後又馬上返回,地球狀態會怎樣呢?

估計題主潛意識中的想法是,時間膨脹將會造成地球上滄桑鉅變,回來時早已物是人非,淚眼朦朧。可惜這個想法並不成立。

首先題主以光速離開地球,不管多久回來,在地球上的人看來,一小時就是一小時,不會發生任何變化。

其次,樓主坐著光速飛船,“咻”的一聲去了太空旅遊,滿心歡喜回來時就直接到了未來,享受科學發展帶來的美好生活。但千算萬算,就是漏算了一點,當他以光速飛行時,相對論時間公式的分母變成了零,這意味著他的時間膨脹(變慢)到了無限,已經沒有時間這個概念了,如果我們非要給他這時候處於一種什麼狀態下一個定義的話,我傾向於用永恆這個詞。如果我們能在地球上看到他,那麼他已經處於完全的靜止狀態,就像落入黑洞視界瞬間的宇航員,我們只能看到他永恆的背影。他的時間是永恆,他不可能知道一小時是多久,也就無法在一個小時後返回地球,除非他的速度降到光速以下。

當然以上都是基於一個除式分母為零的推斷,沒有任何意義,這種狀態在這個宇宙中是不存在的。如果題主換一個方式提問,比如:一個人以光速的百分之99.999999……離開地球,一個小時後立馬返回,地球狀態如何?那麼我們就可以根據他的速度,準確地推算他將在多少時間後返回地球,從而可大致預測地球那時會處於一種什麼狀態。

(sorry,在手機上只看到提問標題,沒看到問題後面的說明,有點答非所問了)


徐德文O戴維科學


這隻能是一個思想實驗。因為有靜止質量的物體是無法達到光速的,質子這麼微小的物質都無法達到,人類更無可能。

理論上,一旦進入了光速的物質,在它們那個慣性系裡,時空就縮小到了一個0點,時間就處於停止狀態。他們並沒有痴呆,一切感覺正常。

這樣時間只能以觀測者參照系來計算,就是在地球上看的人計時2小時。如果飛船裡的人按照地球時間把控1個小時去1個小時回,他自己感覺還沒有開始呢,就回來了。

而地球上的人作為觀測者參照系,會看到這個人兩個小時回來了,但由於光速太快,觀測者只會看到這艘飛船突然消失,突然又在原地出現。當然這是不考慮加速和減速過程,這種飛行是完全不存在的。

乘飛船飛行的人因為沒有消耗時間,所以會比地面的觀測者年輕了2個小時。

這就是所謂的尺縮鐘慢效應,也叫時間膨脹效應。在狹義相對論中,在不同的速度參考系,人們對時間的感覺是一樣的,時間依然一分一秒的流逝著。

但不同的參照系時間是不同的,速度越快的參照系中時間就過得越慢,但這種慢是相對低速系觀測者而言,他自己並不能覺察,只有兩個參照系會合後,才會發現一個更老了(低速系),一個年輕些(高速系)。

但這種差異只有在接近光速時才明顯,在一般的速度中很能覺察。比如一個人一生都在飛機飛行中度過,理論上他會比在地面沒坐交通工具的人要年輕,但這個年輕差距只有不到1秒鐘。

時間膨脹效應已經被科學家精確的驗證。

在德國達姆斯塔市研究重離子的GSI亥姆霍次中心,物理學家們用鋰離子做了兩個“時鐘”,一個移動時鐘,一個靜止時鐘。

物理學家們通過將鋰離子加速到光速的三分之一,製作了移動時鐘,沒有移動的鋰離子就相當是靜止的時鐘。然後通過測量兩個“時鐘”的電子在不同能級之間的跳躍,對比兩個“時鐘”所測得的數據,就精確的得到了時間膨脹的數據。

這個成果比過去研究精確度提升了50-100倍,又一次證實了狹義相對論關於時間膨脹理論的無比正確。很多國家的實驗室都做過這種類似的實驗,國際空間站上也通過太空原子鐘群體實驗對這個理論進行精確的驗證。

時間膨脹效應已經運用到了各種科學技術的開發中和我們的日常生活中,沒有這個理論,我們的生活將變得很不確定。

全球定位系統(GPS)衛星實際上就是軌道上的時鐘,在GPS軟件分析導航信息時,必須把極小幅度的時移考慮在內。每個 GPS 衛星時速為 1.4萬千米,根據狹義相對論,它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢 7 微秒。

只有根據狹義相對論理論對這種時移進行精確的調整,我們今天的定位系統和天上人間的時間才能夠得到統一,我們的手機定位和導航才能夠精準,否則就會失之毫釐謬之千里。

尤其在星際遠航中和太空觀測中,時間膨脹效應具有更重要的意義,如果忽略掉了這個因素,所有的數據將謬誤百出。

現在一些人拿著反智反科學當聰明,不但否認狹義相對論,否定時間膨脹效應,甚至否認時間的存在,他們連時空是個啥東西都沒有一個概念,就敢反對相對論,實在是可笑可悲可憐可惡。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


如果光子有主觀的意識,那麼在它的眼中,是沒有時間的概念的。在它自己的時空框架裡,它可以在瞬間到達宇宙的任何一個角落。

t=t0/√(1-v^2/c^2)相對論時間公式

這就是相對論描述下的我們宇宙的時空本質,在光速下,時間將失去意義。

所以從這個角度,以思想實驗的方式回答這個問題:可以說如果你能夠以光速離開地球,那麼在你達到光速的同時,地球做為一個物質實體,在你的時空框架中已經不存在了。


那麼如果不達到光速,而是以接近光速離開呢。那麼你離開一小時,再以同樣的速度回來,地球到底會是什麼樣子,就完全取決於你離開的速度了。還是根據相對論時間公式,可以很容易的由你的速度推算你的時間,對於地球參考系的相對時間。

比如你以80%光速離開,你的時間會比地球時間變慢1.67倍;你以90%光速離開,那麼你的時間會比地球時間慢2.3倍;你以99%光速離開,時間慢7.1倍。以此類推,你越接近光速,你的時間流逝越慢,而且會慢的越來越顯著。

當然如果你只以一個相對快的速度,比如50%光速,離開一小時再回來,地球上也就是過了大概1小時10分鐘而已,你也並不會感覺到有什麼顯著的不同,把表調快十分鐘就行了。


羅生物語


光速約是30萬公里每秒:30萬✖️60✖️60=10.8億公里!

假設點a 到點b的距離為10.8億公里!

江小白花了一個小時從點a到達點b。立即折返,又從點b回到點a!總共消耗兩小時。行程21.6億公里!

問:點a怎麼了?

答:你說怎麼了?!(我特麼都被你們科學家搞糊塗了,難道點a不是兩個小時之後的點a?)


氵醜


那麼多人都假設“光速飛行會怎麼樣”,因為這種問題確實挺吸引人的,因為接近光速和達到光速的時候確實可以發生一些很有趣的事,例如像是時間膨脹效應、尺縮效應、質增效應等,這些都是在日常生活中很難理解的。先不管能不能達到光速,就以問題為例根據狹義相對論來解答一下。


首先來簡單說一下狹義相對論效應,這樣可以幫助大家更好的理解。我們知道根據狹義相對性原理,慣性系是完全等價的,在同一個慣性系中,存在同一時間,稱為同時性,而在不同慣性系中卻沒有統一的同時性,這就是同時的相對性。簡單點說就是在不同的慣性系中時間進度會不一樣,運動的鐘比靜止的鐘走的慢,而且速度越快,鍾走的越慢,接近光速時候,鍾幾乎就停止了,這樣的理解問題就容易多了,現在就可以回答問題了。

如果飛船以0.99999999C速度飛行,飛船上的人感覺來回用了兩個小時,那麼當他回到地球的時候,地球早已是滄海桑田,不知道過來多少億年。而當飛船達到光速的時候,時間可以說已經完全靜止了,說他已經感受不到時間流逝,或者說時間對於他來說已經不存在了。

如果是飛船以0.99999999C速度飛行,地球上的人感覺飛船來回用了兩個小時,而對於飛船上的人看來,可能就是一瞬間的事,而當飛船達到光速的時候,時間對於飛船上的人來說已經完全靜止,地球上的人來看飛船一來一回經歷了兩個小時,而相對於飛船上的人說可能飛船根本就沒有動。



要想明顯看到狹義相對論中的時間膨脹效應,只有達到亞光速可以看得到,而相對於我們的低速,只有藉助更加精確的儀器才能看得到。而究竟達到光速會怎麼樣,我們不得而知,只能根據狹義相對論的原理去進行一些相關推測。


星空最前線


答:時間是相對的,題目說的一小時,需指明是那個參考系的時間。


一、地球的時間

倘若指的是地球的時間。

那麼我們完全可以忽略飛船內的細節,一去一回就是2小時,地球也就過了2小時而已。




二、飛船的時間

倘若是飛船的時間。

那麼相對論的時間膨脹效應將起作用;無限接近光速的物體,時間也無限接近於停止;但宏觀物體不能加速到光速,因為那樣需要輸入無窮大的能量,所以只能無限接近光速。



根據相對論的時間膨脹公式,飛船內的時間相對於地球的時間,膨脹程度和飛船的速度有關。

在無限接近光速時,雖然飛船內只過了2個小時,但是地球可能已是滄海桑田,甚至太陽都已經熄滅,地球早已不復存在了!


相對論中的時間,就是那麼的無情;時間是相對論,可以被壓縮,也可以被拉長,但就是不能倒流;所以,時間真的非常寶貴!




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艾伯史密斯


在涉及高速問題上,避不開相對論。如果題中的一小時指的是飛船內部一小時,並且飛船是以無限逼近光速在飛行(不能達到光速),那麼地球上早已是滄海桑田。

在狹義相對論中有專門的一個公式來計算這個時間,總的來說一句話:

速度越快的物體,它的時間相對於觀察者而言,就過的越慢。

要注意了,這個變慢是真正意義上的變慢,包括飛船內宇航員的新陳代謝等,只要速度夠快,越接近光速,那麼這個變化程度就越明顯,完全能達到飛船內1小時,地球上一萬年的程度。

但有一點,上述只是在討論勻速情況,而實際上飛船勢必要盡力加速和減速狀態

而在這種情況下,原先的公式就不能使用了。我們需要對其改進,只考慮直線加速的狀態,我們可以將路程分為無窮段,每一個極端路程內可以看做是勻速運動,也就可以用原先的公式,最後通過微積分手段得出加速狀態下的時間變化公式。

但即便如此,也依舊沒有改變速度越快,時間越慢的結論。

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賽先生科普


我的答案是200年,且聽我細細算來。這麼想象,這個人始終以光速繞地球旋轉,剛百度一下光速1妙轉地球10圈.一小時3600秒就是36000圈2小時就是72000圈,換成地球日就是72000天,一年估算360天就是200年,所以回來之後地球已經過去200年。因為速度是相對的,等於地球相對這個“光速人”也旋轉了這麼多圈。換句話說,以自己為靜止參考點,地球是以光速旋轉的,地球時間過的老快了,玄重孫子都老八十了。沒事唐僧還有2.5個200就來救猴子了。小編說過了幾十萬年,純屬扯淡。不要問我怎麼算的這麼準,我的物理是體育老師教的,所以強大唔比。你們還都聽得懂。今天得了這個最佳回答獎,感謝CCTV.感謝黨生我養我的體育老師。感謝體育老師的操場上橢圓形的體罰的大徹大悟,才有機會千年出我這個天才。愛因斯坦接班人。


蒙塵歲月84953598


看了這些評論,真的是著急啊,這明明就是高中的物理知識,相對論公式是


這裡t'是地球上的時間,t是運動體的時間,光速是不可能達到的,假設能達到99%的光速,那麼飛船裡的人過了一小時,根據計算,地球上過了大約7小時,越接近光速,地球上的時間就成指數增長,當達到光速的99.999999%的時候,飛船一小時,地球上萬年,也有人說,火箭上難道時間和地球也不一樣嗎?來計算一下,假設火箭速度是8km/s,那麼火箭上飛行一小時,根據計算,地球上過了……這個數太小了,計算器算不出來,也就1小時多0.00001秒左右吧,幾乎可以忽略不計


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